DE3030665A1 - METHOD AND TOOL FOR TESTING PIPING OR PIPE CONNECTIONS FOR LEAKS - Google Patents
METHOD AND TOOL FOR TESTING PIPING OR PIPE CONNECTIONS FOR LEAKSInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug zum Prüfen von Verrohrungen und Rohrverbindungen auf Leckstellen.The invention relates to a method and a tool for checking piping and pipe connections for leaks.
In der gesamten Beschreibung einschließlich der Ansprüche sind unter den Bezeichnungen "Rohr" und "Verrohrung" Rohrlängsstücke, Leitungsstücke, rohrförmige Elemente, Leitungen und dergleichen zu verstehen, durch die Fluide,, d.h. Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten, gehen können.Throughout the description, including the claims, the terms "pipe" and "piping" Longitudinal pipe sections, pipe sections, tubular To understand elements, conduits and the like through which fluids, i.e. gases, vapors and liquids, pass can.
In der gesamten Beschreibung einschließlich der Ansprüche sind unter der Bezeichnung "Prüffluid" alle Gase, Flüssigkeiten und Gemische davon zu verstehen, die geringe Anteile an einer Substanz zur leichten Ermittlung von Leckstellen und zur Überprüfung enthalten, wobei mit . dem Begriff Prüffluid Helium und Gemische von Helium mit anderen Gasen, sowie Freon und Schwefelhexafluorid erfaßt werden.Throughout the description, including the claims, the term “test fluid” is used to refer to all Gases, liquids and mixtures thereof are understood to have low levels of a substance for easy identification of leaks and for checking included, with. the term test fluid helium and mixtures of helium with other gases, as well as freon and sulfur hexafluoride.
Bei der Erdgas- und Erdölerschließung und -gewinnung und bei geothermischen Anlagen strömen unter Druck stehende Fluide durch eine Verrohrung einer Rohrleitung in einem Bohrloch.In natural gas and oil development and extraction and in geothermal systems, the flow is under pressure stagnant fluids through casing of a pipeline in a borehole.
Diese Verrohrung führt durch den Innenraum eines äusseren Gehäuses oder eines äußeren Bohrgestänges und ist aus mehreren Rohrlängsstücken zusammengesetzt, deren Enden jeweils miteinander verbunden sind, wobei benachbarte Rohrlängsstücke mittels Kupplungsstücken oder mittels speziell ausgebildeten, mit Gewinde versehenen Enden der Rohrstücke miteinander verbunden sind.This tubing leads through the interior of an outer housing or an outer drill string and is composed of several pipe lengths, the ends of which are connected to each other, wherein Adjacent pipe lengths by means of coupling pieces or by means of specially designed, threaded ones Ends of the pipe sections are connected to one another.
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Bei diesem Anwendungsgebiet ist es nicht unüblich/ daß in einer Verrohrung 500 Verbindungsstellen vorhanden sind. Ähnliches gilt für das Gehäuse selbst und bei einigen Anwendungsfällen ist die Ermittlung von Leckstellen an den Verbindungsstellen des Gehäusebohti.gestänges ebenfalls trotz der Tatsache wichtig, daß das Gehäuse normalerweise in das Bohrloch einzementiert ist.In this field of application, it is not uncommon for 500 connection points to be present in a piping are. The same applies to the housing itself and in some applications the determination is of leaks at the connection points of the housing boom also important despite the fact that the casing is normally cemented into the wellbore is.
Manchmal tritt ein Leck an der Verbindung zwischen zwei Rohrlängsstücken auf, so daß in unerwünschter Weise Fluid in den Ringraum zwischen der Verrohrung und dem Bohrgestängengehäuse eintreten kann. Ein solches Leck kann die Sicherheit der Bohrlochauslegung und des Betriebes des Bohrlochs beeinträchtigen.Sometimes a leak occurs at the connection between two pipe lengths, so that in undesirable Way fluid can enter the annulus between the casing and the drill string housing. One such Leakage can compromise the safety of the wellbore design and operation of the wellbore.
Um solche Leckagen zu beseitigen oder wenigstens weitgehend in situ eines Bohrlochs einzudämmen, werden Verrohrungen einer Leckprüfung unterworfen, bevor sie in das Gehäuse eines Bohrlochs abgesenkt werden. Bei einem in der Praxis verwendeten solchen Prüfverfahrens wird unter Druck stehendes Druckmittel von außen auf eine Verbindung aufgebracht und dann wird das Druckfluid hinsichtlich eines Druckabfalls überprüft. Dieses bekannte Verfahren ist mit dem Nachteil behaftet, daß die Prüfung nicht die tatsächlichen Arbeitsbedingungen der Verrohrung simuliert, d.h. Druck wird von der Außenseite der Verbindung anstelle von der Innenseite aufgebracht, der aber unter normalen Betriebsbedingungen der Verrohrung von innen einwirkt. In Abhängigkeit von der Verrohrung und/oder der zur Kopplung dienenden Schraubverbindung und der Auslegung der mechanischen Dichtung kann diese Prüfung zu falschen Ergebnissen führen, da die Bedingungen nicht ein wirkliches Spiegelbild der tatsächlichen Bedingungen in einem BohrlochIn order to eliminate such leakages or at least largely to contain in situ a borehole, casing subjected to a leak test before being lowered into the casing of a wellbore. At a Such a test method used in practice is pressurized pressure medium from the outside to a Compound applied and then the pressure fluid is checked for a pressure drop. This well-known Procedure has the disadvantage that the test does not reflect the actual working conditions the piping is simulated, i.e. pressure is applied from the outside of the connection instead of the inside, but which acts from the inside under normal operating conditions of the piping. In dependence of the piping and / or the screw connection used for coupling and the design of the mechanical This poetry test can give false results because the conditions are not an actual mirror image the actual conditions in a borehole
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Ein Hauptnachteil dieser Prüfmethode liegt darin, daß man nicht zwischen einer Leckage in einer Verbindung oder einer Leckage in der Druckanlage unterscheiden kann, da bei dieser Prüfmethode nur ein Druckabfall erfaßt wird. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß die absolute Genauigkeit durch die Genauigkeit der Druckmeßeinrichtungen für den Druckabfall und die zur Erfassung eines Ermittlungsergebnisses verfügbare Zeit bestimmt ist, die relativ groß sein kann, wenn ein Druckabfall von 1 % zur Ermittlung über eine Stunde hinweg erfaßt wird.A major disadvantage of this test method is that it is impossible to distinguish between a leak in a connection or a leak in the pressure system, since with this test method only a pressure drop is detected. Another disadvantage is that the absolute accuracy depends on the accuracy of the Pressure measuring devices for the pressure drop and those available for recording a determination result Time is determined, which can be relatively large if a pressure drop of 1% is determined over an hour is detected away.
Bei einem weiteren Prüfverfahren auf Leckstellen wird ein Gas durch zwei Rohrlängsstücke geleitet, die mittels einer Rohrverbindung verbunden sind und die Rohrverbindung wird mit einer Seifenlösung überzogen. Die Leckage läßt sich dann durch die Beobachtung von Blasen an der Leckstelle ermitteln.In a further test procedure for leaks, a gas is passed through two pipe lengths, which by means of a pipe joint and the pipe joint is coated with a soap solution. the Leakage can then be determined by observing bubbles at the leak point.
Dieses übliche Verfahren hat sich nicht als vollständig zufriedenstellend in der Praxis erwiesen, da das Gasvolumen bei einer solchen Prüfmethode groß ist, da es im wesentlichen die ganze Länge des zu prüfenden Rohres einnehmen muß und bestimmte Sicherheitsbestimmungen stehen dieser Prüfmethode entgegen. Ferner verhindert die Umgebung des Rohrlängsstücks häufig die Erzeugung eines korrekten Films aus Seifenlösung über der zu prüfenden Fläche, wodurch diese Beobachtungsmethode unzuverlässig wird. This common procedure has not proven completely satisfactory in practice because the Gas volume in such a test method is large, since it is essentially the entire length of the test Rohres must take and certain safety regulations oppose this test method. Also prevented the vicinity of the pipe length often involves the creation of a correct film of soapy solution the area to be tested, making this observation method unreliable.
Auch ist bereits vorgeschlagen worden, Verbindungen und Rohrabschnitte dadurch zu prüfen, daß man einen Gasdruck mit Hilfe eines Absperrwerkzeuges von innen aufbringt. Gemäß diesem Vorschlag wird Gas, wie Stick-It has also been proposed to test connections and pipe sections by having a Applying gas pressure from the inside with the help of a shut-off tool. According to this proposal, gas, such as nitrogen
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stoff oder Helium, unter Drücken in der Größenordnung von 1030 bar (1050 kg/cm2 (15 000 Ib. square inch)) verwendet und spezielle Sicherheitsvorkehrungen müssen bei solch hohen Druckwerten getroffen werden. Darüberhinaus stellt die Schwierigkeit der Isolierung des Abschnitts der Verrohrung (durchströmte Rohrleitung oder Gehäuse) ein schwerwiegendes Problem bei solchen Drücken dar, was auf die Fließeigenschaften der Kautschukdichtungen (aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk) zurückzuführen ist. Bei diesen Vorschlägen muß die Prüfung zwangsweise unter solch hohen Drücken ausgeführt werden, um Drücke zu simulieren, die im tatsächlichen Einsatz der Verrohrung auftreten, um hierdurch möglicherweise auftretende Leckagen aufzuzeigen und die Ermittlungsgeschwindigkeit zu vergrössern, da bei Druckprüfungen eine Zeitverzögerung unvermeidbar ist. Ferner wird bei diesem Vorschlag ein Sperrwerkzeug bzw. ein Absperrwerkzeug verwendet, das etwa 10m (34 feet) lang ist und die Handhabung eines solchen Werkzeugs bereitet beträchtliche Schwierigkeiten. Das Werkzeug ist auch dadurch unpraktisch, daß es eine feste Länge hat, die sich über die Nennlänge eines durchströmten Rohres einer Verrohrung oder eines Gehäuses erstreckt. In der Praxis variiert die Länge solcher Rohre um bis zu 25 % ihrer Nennabmessungen.substance or helium, at pressures on the order of 1030 bar (1050 kg / cm 2 (15,000 lb. square inch)) and special safety precautions must be taken at such high pressures. In addition, the difficulty of insulating the section of tubing (pipeline or casing through which there is flow) is a serious problem at such pressures, which is due to the flow properties of the rubber seals (made of natural or synthetic rubber). With these proposals, the test must necessarily be carried out under such high pressures in order to simulate pressures that occur in the actual use of the piping, in order to identify any leaks that may occur as a result and to increase the detection speed, since a time delay is unavoidable in pressure tests. This proposal also employs a locking tool that is about 10 m (34 feet) long and such a tool is very difficult to manipulate. The tool is also impractical in that it has a fixed length which extends over the nominal length of a pipe, tubing or housing through which flow passes. In practice, the length of such pipes varies by up to 25% of their nominal dimensions.
Im allgemeinen sind die Kosten zur Bestimmung einer Leckage in durchströmten Verrohrungen oder einem Bohrgestänge oder Gehäuse sehr hoch und beim Auftreten einer Leckage bei der Verrohrung in situ bedeutet im allgemeinen, daß die Verrohrung aus dem Bohrloch wieder herausgezogen werden muß. Aufgrund dieser beträchtlichen Kosten sind Anstrengungen unternommen worden, Verrohrungen und Verbindungsstücke so herzustellen, daßIn general, the cost of determining a leak is in traversed tubing or a drill pipe or housing very high and if a leak occurs in the piping in situ means im generally that the casing must be pulled back out of the wellbore. Because of this sizeable Efforts have been made to manufacture tubing and fittings so that
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Leckagen ausgeschaltet sind. Trotzdem bringen die harten Einsatzbedingungen bei der Erdöl- und Erdgaserschließung Beschädigungen und demzufolge Leckagen mit sich. Es läßt sich zeigen, daß selbst beim Auftreten einer Leckage nur einer Verbindung pro 1000 Verbindungen die zusätzlichen Kosten für die Prüfung vor dem Absenken der Verrohrung, des Abschnitts in das Bohrloch rechtfertigen. Trotzdem ist es erwünscht, daß die Prüfung hinsichtlich der Materialien und der Anlagen wirtschaftlich sein sollte und noch wichtiger ist, daß die Prüfungen sehr schnell und ohne Begleiteffekte für die Installierung der Verrohrung durchführbar sein sollten.Leaks are turned off. Nevertheless, the harsh operating conditions in the oil and gas development Damage and consequently leakage with it. It can be shown that even when it occurs leakage of only one connection per 1000 connections the additional cost of testing prior to lowering the casing, the section into the well justify. Even so, it is desirable that the testing be economical in terms of materials and facilities should be, and more importantly, that the exams take place very quickly and without any side effects for the Installation of the piping should be feasible.
Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Verfahren zum Prüfen von Verrohrungen und Rohrverbindungen auf Leckstellen durch folgende Schritte aus:According to the invention, a method for testing is distinguished of piping and pipe connections for leaks through the following steps:
(a) in der zur prüfenden Verrohrung wird ein Werkzeug plaziert, das im Abstand liegende Dichtungen hat, so daß die Dichtungen auf jeder Seite der Verbindung oder des zu prüfenden Rohrabschnitts zu liegen kommen,(a) A tool is placed in the piping to be tested, the spaced-apart seals so that the seals on each side of the joint or pipe section under test come to rest
(b) das Werkzeug wird so betätigt, daß die Dichtungen verformt werden, um einen konstanten Anpreßdruck gegen die Innenfläche der Verrohrung aufrechtzuerhalten, (b) the tool is operated so that the seals deformed in order to maintain a constant contact pressure against the inner surface of the casing,
(c) durch das Werkzeug wird unter Druck stehendes Prüffluid und in den Ringraum zwischen dem Werkzeug und der Innenfläche der zu prüfenden Verrohrung geleitet, und(c) pressurized test fluid is passed through the tool and into the annulus between the tool and the inner surface of the tubing under test, and
(d) das Vorhandensein von Prüffluid auf der Außenseite der Verbindung oder der zu prüfenden Verrohrung wird ermittelt.(d) the presence of test fluid on the outside the connection or the piping to be tested is determined.
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Ferner zeichnet sich ein Werkzeug zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens durch eine Einrichtung, die erste und zweite im Abstand liegende ringförmige Dichtungen aus federnd nachgiebigem Material hält, durch zwei Kolben, von denen jeder einer der Dichtung zugeordnet ist und von einer ersten, unwirksamen Stellung zu einer zweiten Arbeitsstellung beweglich ist, in der die zugeordnete Dichtung an der Innenfläche der Verrohrung angreift, um einen konstanten Anpreßdruck bzw. Druck aufrecht zu erhalten, durch einen ersten Durchgang, der Druckmittel auf eine Fläche jedes Kolbens leitet, um die Kolben von ihrer ersten in ihre zweite Stellung zu bewegen, und einen zweiten Durchgang, der unter Druck stehendes Prüffluid durch das Werkzeug an eine Stelle auf die Außenfläche des Werkzeugs zwischen den im Abstand liegenden Dichtungen leitet, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß im Betriebszustand das Prüffluid den Ringraum zwischen der Außenfläche des Werkzeugs und der Innenfläche der zu prüfenden Verbindung oder des zu prüfenden Abschnitts der Verrohrung zwischen den im Abstand liegenden ringförmigen Dichtungen einnimmt, aus.Furthermore, a tool for carrying out the method described above is characterized by a device the first and second spaced apart annular seals made of resilient material holds, by two pistons, each of which is assigned to one of the seal and a first, inoperative Position is movable to a second working position in which the associated seal on the Attacks the inner surface of the tubing in order to maintain a constant contact pressure or pressure a first passage that directs pressure medium on one face of each piston to separate the pistons from their first to move to its second position, and a second passage that pressurized test fluid through the tool in one place on the outer surface of the tool between the spaced seals conducts, the arrangement being made such that, in the operating state, the test fluid between the annular space the outer surface of the tool and the inner surface of the joint or section to be tested occupies the piping between the spaced-apart annular seals.
Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung naher erläutert. Darin zeigt:The invention is explained in more detail below using examples with reference to the accompanying drawing. It shows:
Figur 1 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung des Verfahrens und der Anlage nach der Erfindung, Figure 1 is a schematic view to illustrate the method and the system according to the invention,
Figur 2 eine schematische Ansicht einer hydraulischen Anlage, die in das Windengestell von Figur 6 eingebaut ist,FIG. 2 is a schematic view of a hydraulic system which is incorporated into the winch frame of FIG is built in,
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Figur 3 eine schematische Ansicht einer Auslegung, die sicherstellt, daß ein in den Figuren 4A und 4B gezeigtes Sperrwerkzeug genau angeordnet ist, um eine zu prüfende Verbindung zu überbrücken,FIG. 3 is a schematic view of a layout which ensures that one shown in the figures 4A and 4B is precisely positioned around a connection to be tested to bridge,
Figuren 4A und 4B eine Längsschnittansicht des Sperrwerkzeugs, das zur Durchführung des Verfahrens nach Figur 1 bestimmt ist,FIGS. 4A and 4B show a longitudinal sectional view of the locking tool used for carrying out the method is determined according to Figure 1,
Figuren 5A und 5B Längsschnittansichten zur Verdeutlichung von Leckgassammlern oder Gasschleusen, undFIGS. 5A and 5B are longitudinal sectional views for clarification from leak gas collectors or gas locks, and
Figur 6 eine Seitenansicht eines Windengestells, das beim Verfahren nach der Erfindung Verwendung findet.FIG. 6 is a side view of a winch frame which is used in the method according to the invention finds.
Das Verfahren und die Anlage nach der Erfindung werden zuerst unter Bezugnahme auf die Figuren 1,2 und 3 näher erläutert. Die zu prüfende Verrohrung 19, bzw. der zu prüfende Rohrstrang 90, die eine durchströmte Verrohrung oder ein Gehäuse sein kann, wird allmählich in ein Bohrloch (nicht gezeigt) wie üblich abgesenkt und aufeinanderfolgende Abschnitte der Verrohrung werden mit Hilfe von üblichen Einrichtungen verbunden, die ein Drehmoment aufbringen und so zusammenarbeiten, daß eine Kupplungshülse an benachbarten Rohrstücken befestigt wird oder die Endabschnitte der Rohrstücke direkt fest miteinander verbunden werden, wenn die Rohrstücke direkt mit Schraubgewinden versehen sind, die ineinandergreifen. Das Verfahren nach der Erfindung ist für die meisten üblichen Rohrverbindungen verwendbar. Normalerweise werden die Verbindungen in BodenhöheThe method and the system according to the invention will first be described with reference to FIGS. 1, 2 and 3 explained in more detail. The piping 19 to be tested or the pipe string 90 to be tested through which a flow occurred Casing or casing is gradually lowered into a wellbore (not shown) as usual and successive sections of the casing are connected by conventional means, which apply a torque and work together so that a coupling sleeve on adjacent pipe sections is attached or the end sections of the pipe sections are directly connected firmly to one another, if the pipe sections are directly provided with screw threads, that interlock. The method according to the invention can be used for most common pipe connections. Usually the connections are at floor level
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des Bohrgestells oder unmittelbar darüber geprüft. Es ist jedoch auch schon in Abweichung hiervon ins Auge gefaßt worden, die Prüfung im nach unten führenden Bohrloch mit dem Zweck vorzunehmen, die Lage eines festgestellten Lecks zu ermitteln, das an irgendeiner Stelle in LängserStreckung einer Verrohrung vorhanden ist.of the drilling rig or immediately above it. However, it is already ins Considered to conduct the downhole test for the purpose of determining the location of a detected leak at any point along the length of a casing is available.
Wenn man annimmt, daß die Verbindungen vor dem Absenken der Verrohrung in das Bohrloch geprüft werden sollen, ist ein Absperrwerkzeug oder ein Sperrwerkzeug 100 erforderlich, das zu Beginn mit Hilfe eines Seiles 103 in einen Rohrstrang 90 abgesenkt wird, bevor die als Kopplung dienende Verbindung angebracht wird. Eine Druckmittelleitung 101 geht über eine Leitrolle 105, die an einer Stütze angebracht ist, die an einem festen Punkt an dem Seil 103 befestigt ist. Wenn der Mittelpunkt X„ des Werkzeugs 100 sich genau in der Mitte der Verbindung befindet, wird eine Anzeigeeinrichtung X- an die Leitung 101 fluchtgerecht zu einer Ortungs- bzw. Richteinrichtung 107 angelegt, die an dem Windengestell angebracht ist. Die Richteinrichtung 107 kann in Form eines Visierfernrohres oder einfach als ein Rohrstück ausgelegt sein. Das Werkzeug wird dann herausgenommen, die Verbindung bzw. die Kopplung angebracht und sie wird vollständig angezogen. Das Sperrwerkzeug 100 wird wiederum in das Rohrlängsstück abgesenkt und wenn die Richteinrichtung 107 und die Anzeigeeinrichtung X1 genau ausgerichtet sind, weiß man, daß das Werkzeug derart genau angeordnet ist, daß die Dichtungen auf jeder Seite der Verbindung liegen. Andere Anzeigeeinrichtungen an der Druckmittelleitung können wie mit Y und Z bezeichnet verwendet werden, die zur Anzeige von höher oder tiefer liegenden Lagen des Werkzeugs dienen, und die somit er-Assuming that the connections are to be tested prior to lowering the casing into the wellbore, a shut-off tool or locking tool 100 is required which is initially lowered into a tubing string 90 by means of a rope 103 before the joint serving as a coupling is made will. A pressure medium line 101 goes over a guide pulley 105 which is attached to a support which is attached to a fixed point on the cable 103. If the center point X ″ of the tool 100 is exactly in the middle of the connection, a display device X- is placed on the line 101 in alignment with a locating or straightening device 107 which is attached to the winch frame. The straightening device 107 can be designed in the form of a telescopic sight or simply as a piece of pipe. The tool is then removed, the joint or coupling attached and fully tightened. The locking tool 100 is again lowered into the length of the pipe and when the straightening device 107 and the indicator X 1 are precisely aligned, it is known that the tool is precisely positioned so that the seals are on each side of the connection. Other display devices on the pressure medium line can be used as marked with Y and Z, which are used to display higher or lower positions of the tool and thus
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möglichen, daß man die Annäherung des Werkzeugs von oben oder unten zu der bestimmten genauen Lage verfolgen kann. In Wirklichkeit umfaßt die Leitung 101 zwei Rohrleitungen bzw. Schlauchleitungen, von denen eine für unter Druck stehendes Drucköl und eine für ein Druckluft/Keliumgemisch (Prüffluid) bestimmt ist.possible that you can follow the approach of the tool from above or below to the specific exact position can. In reality, the line 101 comprises two pipes or hose lines, one of which one is intended for pressurized oil and one for a compressed air / Kelium mixture (test fluid).
Dann wird die Steuertafel an dem Windengestell (Figur 6) betätigt, um öl unter einem Druck von 34,3. bar (35 kg/cm2; 500 Ib. per square inch) höher als der Druck des Prüfgases zuzuführen. (Im allgemeinen beläuft sich der Druck auf einen 10 % höheren Wert als der Druck des Prüfgases). Die Dichtungen 102 werden direkt fest mit konstantem Anpreßdruck an der Innenfläche des Rohrstücks auf jeder Seite der zu prüfenden Verbindung 92 angebracht. Eine Verriegelung verhindert, daß Prüfgas vor dem Eingreifen der Dichtungen eingeleitet wird und die Dichtungen können somit nicht gelöst werden, bis das Prüfgas ausgeleitet wird. Die Dichtungen 102 brauchen keine vollständig fluiddichte Abdichtung gegen die Innenfläche der Verrohrung zu bilden, da das Verfahren nach der Erfindung vollständig unabhängig von Druckabfallmessungen ist. Die Dichtungen sollten mit konstantem Anpreßdruck gegen die Innenfläche der Verrohrung angelegt werden.Then the control panel on the winch frame (Figure 6) is operated to oil under a pressure of 34.3. bar (35 kg / cm 2 ; 500 Ib. per square inch) higher than the pressure of the test gas. (In general, the pressure is 10% higher than the pressure of the test gas). The seals 102 are attached directly and firmly with constant contact pressure to the inner surface of the pipe section on each side of the connection 92 to be tested. A lock prevents tracer gas from being introduced before the seals engage, and the seals cannot be loosened until the tracer gas is discharged. The seals 102 do not need to form a completely fluid-tight seal against the inner surface of the casing since the method of the invention is completely independent of pressure drop measurements. The seals should be placed against the inner surface of the piping with constant pressure.
Wenn die Dichtungen einmal in Eingriff sind, wird Prüfgas, typischerweise 1 % Helium in Luft, bei 446,3 bar (455 kg/cm2; 6500 Ib. per square inch) eingeleitet und eine Leckstelle wird mit einem Grobmassenspektrometer (nicht gezeigt) in Verbindung mit dem Sammler 109 (in Figur 1 mit gebrochenen Linien und in den Figuren 5A und 5B in durchgezogenen Linien dargestellt)Once the seals are engaged, tracer gas, typically 1% helium in air, is introduced at 446.3 bar (455 kg / cm 2 ; 6500 lbs. Per square inch) and a leak is detected with a coarse mass spectrometer (not shown) in Connection to the collector 109 (shown in broken lines in FIG. 1 and in solid lines in FIGS. 5A and 5B)
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ermittelt. Das Massenspektrometer ist sehr empfindlich, so daß kleine Mengen an Helium, das einen vorbestimmten Anteil in dem Prüfgas hat, ermittelt werden kann und daß man mittels eines einfachen Rechengangs leicht die absolute Leckrate quantifizieren kann.determined. The mass spectrometer is very sensitive, so that small amounts of helium have a predetermined Share in the test gas can be determined and that one can use a simple calculation can easily quantify the absolute leak rate.
Das Massenspektrometer arbeitet auf eine übliche Art und Weise. Anstelle der üblichen Auslegung, bei der mittels eines im Inneren herrschenden Vakuums zu analysierendes Gas durch eine kontrollierte Leckstelle angezogen werden kann, wird das Gerät viskos mit Überdruck betrieben, üblicherweise wird das Spurengas zu positiv aufgeladenen Teilchen durch einen Glühdraht aufgeladen, von dem die Teilchen ihre Ladung aufnehmen. Wenn die Instrumente nicht mit einem sehrThe mass spectrometer operates in a conventional manner. Instead of the usual interpretation in which gas to be analyzed by means of a vacuum prevailing inside through a controlled leak can be attracted, the device is operated viscous with overpressure, usually the trace gas is too positively charged particles are charged by a filament, from which the particles get their charge take up. If the instruments are not with a great deal
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starken Vakuum, 10 Millibar oder mehr, betrieben werden, brennt der Glühdraht schnell aus und es wird eine übergroße Anzahl von geladenen Teilchen erzeugt.strong vacuum, 10 millibars or more, are operated, the filament burns out quickly and it becomes a generated excessive number of charged particles.
Beim beschriebenen Verfahren wird irgendein Prüffluid durch etwa 31 m (100 feet) der Verrohrung mittels einer Vakuumpumpe gesaugt, und ein vorbestimmter kleiner Anteil dieses Prüffluids wird dem Massenspektrometer über einen präzis regelbaren Leckweg zugeführt. Dieser vorbestimmte und dem Instrument zugeführte kleine Anteil an Prüffluid reicht mengenmäßig nicht aus, um die Arbeitsweise des Instruments zu beeinflussen. Aufgrund der sehr hohen Empfindlichkeit und Genauigkeit eines Massenspektrometers kann die genaue Bestimmung der Leckrate errechnet werden.Any test fluid is used in the procedure described sucked through approximately 31 m (100 feet) of casing by means of a vacuum pump, and a predetermined smaller A portion of this test fluid is fed to the mass spectrometer via a precisely controllable leakage path. This predetermined small portion of test fluid supplied to the instrument is insufficient in terms of quantity to influence the way the instrument works. Because of the very high sensitivity and accuracy The exact determination of the leak rate can be calculated using a mass spectrometer.
Der geringe Anteil an unter Hochdruck stehendem Prüffluid, der erforderlich ist, bedeutet, daß das Ansprechen schnell erfolgt. Die geringe verwendete MengeThe low proportion of test fluid under high pressure, which is required means that the response is quick. The small amount used
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ist auch aus Sicherheitsgründen vorteilhaft und erwünscht. is also advantageous and desirable for safety reasons.
Der Kompressor (nicht gezeigt), der das Werkzeug betreibt und das Prüffluid zuführt, kann Druckluft mit 446,3 bar (455 kg/cm2; 6500 lb/square inch) liefern. Ein hierfür geeigneter Vierzylinderkompressor wird von der Firma Williams and James (Engineers) Ltd. of Chequer's Bridge, Gloucestershire, England hergestellt und unter der Bezeichnung 170V vertrieben. Der erforderliche Heliumanteil wird in den Kompressoreinlaß mittels einer geeigneten Einspritzeinrichtung zugeführt, der etwa bei Atmosphärendruck arbeitet. Der Kompressor enthält eine automatische Ableitungseinrichtung für Feuchtigkeit und stromab des Kompressors ist ein Kohlefilter eingebaut, der noch verbleibende Feuchtigkeit und öl entfernt, die unter den hohen Drücken zur Selbstentzündung neigen können. Das komprimierte Gemisch wird einem Sammler unter 446,3 bar (455 kg/cm2; 6500 lb/square inch) zugeführt und auf 377,6 bar (385 kg/cm2; 5500 lb/square inch) entspannt. Durch die Entspannung wird keine Vereisung verursacht, da eine sorgfältige Trocknung vorgesehen ist und der Kühleffekt des Druckabfalls unterstützt die Betriebssicherheit. The compressor (not shown) that operates the tool and supplies the test fluid can deliver compressed air at 446.3 bar (455 kg / cm 2 ; 6500 lb / square inch). A four-cylinder compressor suitable for this is manufactured by Williams and James (Engineers) Ltd. of Checker's Bridge, Gloucestershire, England and sold under the designation 170V. The required proportion of helium is fed into the compressor inlet by means of a suitable injection device which operates at approximately atmospheric pressure. The compressor contains an automatic drainage device for moisture and a carbon filter is installed downstream of the compressor, which removes any remaining moisture and oil, which can tend to self-ignite under the high pressures. The compressed mixture is fed to a collector below 446.3 bar (455 kg / cm 2 ; 6500 lb / square inch) and depressurized to 377.6 bar (385 kg / cm 2 ; 5500 lb / square inch). The relaxation does not cause icing, as careful drying is provided and the cooling effect of the pressure drop supports operational safety.
Während das Verfahren hauptsächlich zur Ermittlung eines Lecks bestimmt ist, ergibt sich zusätzlich eine weitere Bestimmungsgröße, nach der sich irgendeine Untermaßabweichung bei den Innenabmessungen der Verrohrung ermitteln läßt, wenn das Werkzeug irgendeine Verengung im Inneren nicht passieren kann. Diese Tatsache ist von Bedeutung, da nach der Installation die in der Verrohrung nach unten geführten Werkzeuge alle zum Hängen-While the method is primarily intended to detect a leak, there is an additional one Another determinant according to which there is any undersize deviation in the internal dimensions of the piping can be determined if the tool cannot pass any constriction inside. That fact is of importance, since after installation the tools led down in the piping are all for hanging
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bleiben neigen, so daß es in manchen Fällen erforderlich ist, unter hohem Aufwand und hohen Kosten die Verrohrung zu heben.tend to stay, so in some cases it is required is to lift the piping with great effort and high costs.
Die hydraulischen Schaltkreise, die zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens bestimmt sind, werden anschließend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 näher erläutert.The hydraulic circuits intended to carry out the procedure described above are explained in more detail below with reference to FIGS. 1 and 2.
Das komprimierte Luft/Heliumgemisch aus dem Sammler wird einer Hauptleitung 111 über eine Leitung 113 zugeführt. Die Hauptleitung hat eine Druckmeßeinrichtung 115 und ein. Entlüftungsauslaß wird mittels eines Ventils 117 gesteuert, das zur Umgebung hin offen ist. Das Ventil 117 ist normalerweise geschlossen und die Hauptleitung versorgt deshalb eine Leitung 119, die ein Filter 121 und zwei Absperrventile 123, 125 hat, die ermöglichen, daß das Filter gereinigt oder ersetzt werden kann.The compressed air / helium mixture from the collector is fed to a main line 111 via a line 113. The main line has a pressure gauge 115 and a. Vent outlet is by means of a Controlled valve 117, which is open to the environment. The valve 117 is normally closed and the main line therefore supplies a line 119 which a filter 121 and two shut-off valves 123, 125 which allow the filter to be cleaned or replaced can be.
Der Druck in der Leitung 119 wird mittels einer Meßeinrichtung 127 überwacht und stromab von dem Druckabgriff teilt sich die Leitung. Ein Zweig 129 enthält einen Druckregler 131, ein Vierweg-Ventil 133 und zwei Meßeinrichtungen 135, 137 und der andere Zweig 139 enthält ein Rückschlagventil 141, einen Druckregler 143, eine Meßeinrichtung 145, ein Vierweg-Ventil 147, einen Druckhilfsverstärker oder einen Druckkolben 149 und eine stromabwärtig liegende Meßeinrichtung 151. Der Zweig 129 versorgt das Werkzeug mit dem Gasgemisch und der Zweig 139 liefert das Gasgemisch dem Gas/Druckmittelverstärker und dieses Druckmittel beaufschlagt die Dichtungen 102 des Sperrwerkzeugs 100. Der Druckverstärker 149 stellt sicher, daß der Druck des Druckmittels bzw.The pressure in the line 119 is measured by means of a measuring device 127 monitored and downstream of the pressure tap the line splits. A branch 129 contains a pressure regulator 131, a four-way valve 133 and two measuring devices 135, 137 and the other branch 139 contains a check valve 141, a pressure regulator 143, a measuring device 145, a four-way valve 147, a pressure booster or a pressure piston 149 and a downstream measuring device 151. Branch 129 supplies the tool with the gas mixture and branch 139 supplies the gas mixture to the gas / pressure medium booster and this pressure medium acts on the seals 102 of the locking tool 100. The pressure booster 149 ensures that the pressure of the pressure medium or
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der Druckflüssigkeit immer um einen vorbestimmten Wert über jenem des Prüffluids (beispielsweise 34,3 bar (35 kg/cm2; 500 lb/square inch)) gehalten wird, so daß auf jeden Fall die Gefahr vermieden wird, daß das Prüfgas das Werkzeug mit Kräften beaufschlagt, die versuchen, das Werkzeug zu verschieben.the pressure fluid is always kept a predetermined value above that of the test fluid (for example 34.3 bar (35 kg / cm 2 ; 500 lb / square inch)), so that in any case the risk of the test gas with the tool is avoided Forces applied to try to move the tool.
Um sicherzustellen, daß der Ringraum zwischen dem Sperrwerkzeug 100 und der Kopplung 92 nur "Prüffluid" enthält, wenn die Prüfung durchgeführt wird, wird der Ringraum von Luft befreit, bevor die Dichtungen 102 angelegt werden, indem eine geringe Menge an Prüffluid von einem Reinigungsvorratsbehälter 253 zugeleitet wird, der über eine Umgehungsleitung 255 und ein Rückschlagventil 257 angeschlossen ist.To ensure that the annular space between the locking tool 100 and the coupling 92 only "test fluid" When the test is performed, the annulus is purged of air before the seals 102 are applied by supplying a small amount of test fluid from a cleaning reservoir 253, which is connected via a bypass line 255 and a check valve 257.
Ein Vierweg-Ventil 259 dient zum Ankopplen und Abkoppeln des Reinigungsvorratsbehälters. Eine Meßeinrichtung 261 überwacht den Druck in dem Reinigungsvorratsbehälter. Sobald die Reinigung beendet ist, wird das Vierwegventil umgeschaltet, um den Reinigungsvorratsbehälter abzusperren.A four-way valve 259 is used for coupling and uncoupling of the cleaning reservoir. A measuring device 261 monitors the pressure in the cleaning reservoir. As soon as the cleaning is finished, the four-way valve is switched over to the cleaning reservoir shut off.
Die beiden Vierweg-Ventile 133, 147 sind mechanisch verriegelt, so daß das Prüffluid unter keinen Umständen dem Werkzeug und dem Ringraum zwischen dem Werkzeug und der Verrohrungswandung zugeleitet wird, bis das Druckmittel zugeführt ist, um die Dichtungen zu aktivieren bzw. anzulegen. Umgekehrt kann das Druckmittel nicht ausgeleitet werden, bis das Prüffluid weggeleitet ist.The two four-way valves 133, 147 are mechanical locked so that the test fluid under no circumstances the tool and the annulus between the tool and is supplied to the casing wall until the pressure medium is supplied to the seals to activate or create. Conversely, the pressure medium cannot be diverted until the test fluid has been diverted away is.
Die Druckmittelschaltung des Windengestells 151 ist in Figur 2 gezeigt und die konstruktiven EinzelheitenThe pressure medium circuit of the winch frame 151 is shown in Figure 2 and the structural details
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ergeben sich aus Figur 6. Das Gestell 151 umfaßt eine Basis 153, einen Aufbau 155 und eine Steuereinrichtung 157, die Teile der Druckmittelschaltungen nach den Figuren 1 und 2 trägt. Der Aufbau trägt eine Winde zum Führen des Seiles 103, die mittels eines Luftmotors 161 angetrieben ist und eine Trommel 163, die von einem Luftmotor 165 angetrieben ist, die ständig die Hochdruckschläuche oder die Hochdruckleitungen 101 einzieht. result from Figure 6. The frame 151 comprises a base 153, a structure 155 and a control device 157, which carries parts of the pressure medium circuits according to FIGS. The structure carries a winch for guiding the rope 103, which is driven by means of an air motor 161 and a drum 163, which is driven by an air motor 165 is driven, which is constantly the High pressure hoses or the high pressure lines 101 pulls in.
Die Druckmittelschaltung nach Figur 2 weist eine Leitung 167 auf, die derart angeschlossen ist, daß sie Luft unter einem Bohrgestellversorgimgsdruck von beispielsweise 8,58 bar (8,75 kg/cm2; 125 lb/square inch) aufnimmt und die Leitung 167 ist nach einem Rückschlagventil 169 und einem Absperrventil 171 in zwei Zweige 173 und 175 an einer Hauptleitung geteilt. Der Zweig versorgt über ein Filter 179 und eine Schmiereinrichtung 181 einen Luftmotor 165 und der Zweig 175 versorgt über ein Filter.183 und eine Schmiereinrichtung 185 den Luftmotor 161. Eine Meßeinrichtung 187 ist an der Hauptleitung 177 angeschlossen.The pressure medium circuit according to Figure 2 has a line 167 which is connected in such a way that it takes in air under a drilling rig supply pressure of, for example, 8.58 bar (8.75 kg / cm 2 ; 125 lb / square inch) and the line 167 is open a check valve 169 and a shut-off valve 171 divided into two branches 173 and 175 on a main line. The branch supplies an air motor 165 via a filter 179 and a lubricating device 181 and the branch 175 supplies the air motor 161 via a filter 183 and a lubricating device 185. A measuring device 187 is connected to the main line 177.
Nach den Figuren 4A bid 4C hat das Sperrwerkzeug oder das Absperrwerkzeug 100 eine längliche zylindrische Form und einen Außendurchmesser/ der etwa gleich groß wie der Innendurchmesser der zu prüfenden Verrohrungsverbindung ist. Die Dichtungen 102 ermöglichen, daß ohne Veränderung des Werkzeugs gewisse Größenbereiche innerhalb gewisser Grenzen ausgeglichen werden können. Verrohrungen bzw. Rohre mit größeren Abmessungen können mit Hilfe von Abänderungen geprüft werden, die später noch erläutert werden.According to FIGS. 4A and 4C, the locking tool or locking tool 100 has an elongated cylindrical shape Shape and an outside diameter / which is approximately the same size as the inside diameter of the piping connection to be tested. The seals 102 enable that Without changing the tool, certain size ranges can be compensated within certain limits. Piping or pipes with larger dimensions can be checked with the help of modifications that will be made later yet to be explained.
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Das Werkzeug 100 hat einen Mittelkörper 104, zwei Druckkolben 106 und Dichtungen 102. Das Werkzeug wird nachstehend ausgehend von einer Nase 108 näher beschrieben, die einen Teil einer unteren Stange 110 bildet. Die untere Stange 110 hat ein ringförmiges Auflager 112, das einen Anschlag für ein ringförmiges Kautschukelement 114 bildet, das zur Führung der Nase bestimmt i&t und das durch einen Seeger-Ring und eine Unterlegscheibe 116 festgehalten ist. Das Auflager 112 bildet auch einen Anschlag für ein ringförmiges Dichtungsanschlagselement 118, das seinerseits eine Ringnut bzw. eine ringförmige Ausnehmung hat, die einen ein Herauspressen vermeidenden Ring 120 aufnimmt, der verhindert, daß der Kautschuk der unteren Dichtung 102 herausgepreßt wird. Sowohl das ringförmige Auflager als auch der Ring 120 sind mittels Schraubverbindungen (nicht gezeigt) fest angebracht).The tool 100 has a central body 104, two Plunger 106 and seals 102. The tool will will be described in more detail below on the basis of a nose 108 which forms part of a lower rod 110 forms. The lower rod 110 has an annular support 112, which is a stop for an annular Rubber element 114 forms that for guiding the nose determines i & t and that is held in place by a Seeger ring and washer 116. The support 112 also forms a stop for an annular seal stop element 118, which in turn forms an annular groove or has an annular recess which receives a squeezing-out avoiding ring 120, the prevents the rubber of the lower seal 102 from being is squeezed out. Both the annular support and the ring 120 are screwed together (not shown) firmly attached).
Die Dichtung 1 02 besteht aus einem Kautschuk, natürlichem oder synthetischem Kautschuk, der einem Herauspressen unter dem beim Betreiben auftretenden Druck wirksam standhält. In Längserstreckung der Stange 110 kommt dann als nächstes ein Druckkolben 122 mit einer Ringform/ der außen eine ringförmige Ausnehmung hat, die einen weiteren, ein Herauspressen verhindernden Ring 124 aufnimmt, und er hat zwei innen liegende Ringausnehmungen bzw. Ringnuten, die jeweils eine Ringdichtung 126 aufnehmen. Der Druckkolben ist auf der Stange 1t0 nicht mit einem Paßsitz angebracht, so daß enge Bearbeitungstoleranzen nicht erforderlich sind.The seal 1 02 consists of a rubber, natural or synthetic rubber, which is pressed out effectively withstands the pressure occurring during operation. In the longitudinal extension of the rod 110 Next comes a pressure piston 122 with an annular shape / which has an annular recess on the outside, which receives a further, a squeezing-out preventing ring 124, and it has two inner ring recesses or annular grooves, which each receive an annular seal 126. The plunger is on the rod 1t0 not attached with a snug fit so that tight machining tolerances are not required.
Der Druckkolben 122 wird von einer Kolbenanordnung beaufschlagt, die ein erstes, allgemein kreisförmiges Kolbenelement 128 umfaßt, das einen kreisförmigen, ra-The pressure piston 122 is acted upon by a piston arrangement, which comprises a first, generally circular piston member 128 having a circular, ra-
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dialen inneren, jedoch axial verlaufenden Fortsatz 130 hat, dessen eines Ende anliegt, und eine Querschnittsfläche hat, die jener der benachbarten Dichtung 126 entspricht. Der Fortsatz 130 hat in bezug zu der Stange 110 ein kleines Spiel. Das Kolbenelement hat auch einen radial äußeren, aber axial verlaufenden Fortsatz 132, mit dem es mittels einer Innengewindeverbindung mit einem zweiten Kolbenelement 34 verbunden ist, das einen axial verlaufenden, ringförmigen Fortsatz 136 hat. Die beiden Kolbenelemente 128, 134 bilden somit zusammen die Kolbenanordnung, deren von dem Druckkolben abgewandtes Ende in Ruhestellung gegen eine ringförmige, innere Schulter 138 einer Hülse anliegt, wie dies in der Figur gezeigt ist. Jedes Kolbenelement 128, 134 hat eine ringförmige Umfangsnut, die einen O-Ring aufnimmt, der beispielsweise unter der Bezeichnung "Hallprene" (Warenzeichen) im Handel erhältlich ist.has diene inner, but axially extending extension 130, one end of which rests, and a cross-sectional area which corresponds to that of the adjacent seal 126. The extension 130 has related to the bar 110 a little game. The piston element also has a radially outer but axially extending one Extension 132 with which it is connected to a second piston element 34 by means of an internally threaded connection which has an axially extending, annular extension 136. The two piston elements 128, 134 thus together form the piston arrangement, whose end facing away from the pressure piston is opposite in the rest position an annular inner shoulder 138 of a sleeve abuts as shown in the figure. Every piston element 128, 134 has an annular circumferential groove that receives an O-ring, for example under called "Hallprene" (Trade Mark) is commercially available.
Das zweiteilige Kolbenelement ermöglicht nennenswerte Einsparungen hinsichtlich der Herstellungskosten, da relativ teuere Bearbeitungen entfallen können, woraus sich auch eine bestimmte Gewichtsersparnis ergibt.The two-part piston element enables significant savings in terms of manufacturing costs, since relatively expensive processing can be omitted, which also results in a certain weight saving.
Die Endfläche 142 des Elements 134 begrenzt ein Ende einer Druckkammer 144, die ebenfalls teilweise von dem Innenumfang der Hülse 140 und einer Endfläche des Mittelkörpers 104 begrenzt wird, der nachstehend näher beschrieben wird. Die Kammer 144 erhält Druckmittel über einen Durchgang 148 in einem Endabschnitt der Stange 110.End surface 142 of element 134 defines one end a pressure chamber 144 also partially defined by the inner periphery of the sleeve 140 and an end face of the centerbody 104, which will be described in more detail below. The chamber 144 receives pressure medium via a passage 148 in an end portion of the rod 110.
Der Mittelkörper.i;104 umfaßt zwei, im wesentlichen ähnliche axiale, zylindrische Fortsätze 150, so daß nur einer von diesen eingehend beschrieben zu werden braucht.The centerbody 104 comprises two substantially similar ones axial, cylindrical extensions 150, so that only one of these needs to be described in detail.
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Der rechts liegende Fortsatz 150 hat eine axial verlaufende, mit Gewinde versehene Bohrung 152, die den Endabschnitt der Stange 110 aufnimmt, die in entsprechender Weise ein Gewinde besitzt. Die Bohrung 152 ist an ihrem inneren Ende stufenförmig abgesetzt. An der Außenseite hat der Fortsatz 150 in der Nähe seines freien Endes eine ringförmige Ausnehmung 154 mit einem T-förmigen Querschnitt, die eine Dichtung 156 mit komplementärer Form aufnimmt und beispielsweise von einer "Hallprene Alpha"-Dichtiung gebildet wird. Die Außenfläche des Fortsatzes 150 hat ein Spiel in bezug zu der Innenfläche der Hülse 140. Die Hülse endet kurz vor dem stufenförmig abgesetzten Teil, das zwischen dem Fortsatz 150 und dem Mittelkörper 104 ausgebildet ist. Der Mittelkörper 104 hat einen axialen Durchgang 158, der eine Verbindung zwischen dem inneren, stufenförmig abgesetzten Endabschnitt der Bohrung 152 und einer kleineren, stufenförmig abgesetzten Bohrung in dem anderen Ende des Fortsatzes 150 herstellt. Ein Querdurchgang stellt eine Verbindung mit dem Ringraum zwischen dem Werkzeug und der zu prüfenden Verbindung für die Durchleitung des Prüffluids her.The extension 150 on the right has an axially extending, threaded bore 152 which the End portion of the rod 110 receives the corresponding Way has a thread. The bore 152 is stepped off at its inner end. At the outside of the extension 150 has in the vicinity of its free end an annular recess 154 with a T-shaped cross-section that receives a seal 156 of complementary shape and, for example, from a "Hallprene Alpha" seal is formed. The outside surface of the extension 150 has play with respect to the inner surface of the sleeve 140. The sleeve ends short in front of the stepped part which is formed between the extension 150 and the central body 104. The central body 104 has an axial passage 158, the one connection between the inner, stepped end portion of the bore 152 and a smaller, stepped stepped bore in the other end of the extension 150 produces. A cross passage connects to the annulus between the tool and the conduit connection under test of the test fluid.
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Die mit Gewinde versehene Bohrung 152 des links liegenden Fortsatzes 150 nimmt einen mit Gewinde versehenen Endabschnitt einer oberen Stange 162 auf, die einen Durchgang 164 hat, der sich längs der Achse erstreckt und ein Rohr 166 aus rostfreiem Stahl aufnimmt. Das Ende des Rohrs 166 hat einen Nippel 168 mit einem Gewinde, der in eine komplementär dazu ausgebildete konische Bohrung 170 des Mittelkörpers 104 eingreift, die zu dem Querkanal 160 führt. Ein Ringraum zwischen dem Rohr 166 und dem Durchgang 164 ermöglicht, daß Druckmittel über den Durchgang 158 und den Durchgang 148 zuThe threaded bore 152 of the left extension 150 takes a threaded one End portion of an upper rod 162 having a passage 164 extending along the axis and a stainless steel tube 166 receives. The end of the tube 166 has a nipple 168 with a Thread which engages in a complementary conical bore 170 of the central body 104, which leads to the transverse channel 160. An annulus between tube 166 and passage 164 allow pressure fluid via passage 158 and passage 148 to
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der Kammer 144 geleitet werden kann.the chamber 144 can be directed.
Die obere Stange 162 trägt eine obere Hülse 140 , eine obere Kolbenanordnung, eine obere Dichtung und einen oberen Druckkolben 106 , wobei alle diese Bauteile identisch zu den entsprechenden Bauteilen ausgelegt sind, die mit der unteren Stange verbunden sind. Die Teile tragen auch dieselben Bezugszeichen, sind aber mit einer hochgestellten Eins zur Unterscheidung ver-The upper rod 162 carries an upper sleeve 140, an upper piston assembly, an upper seal and an upper pressure piston 106, all of these components are designed identically to the corresponding components that are connected to the lower rod. The parts also have the same reference numbers, but are marked with a superscript one for differentiation.
1 sehen. Das obere Dichtungsanschlagelement 118 ist mittels einer Sperrmutter 172 gesichert, da es aus Montagegründen nicht von einem Auflager festgehalten werden kann. Das obere Dichtungsanschlagelement 118 ist in Abweichung von dem entsprechenden unteren Element mit einem Innengewinde versehen und arbeitet mit einem komplementären Gewinde auf der oberen Stange 162 zusammen. Die obere Endfläche 174 der oberen Stange hat einen Abstand von dem Grund einer mit Gewinde versehenen Bohrung 176 eines Verbindungsblocks 178 und eine Dichtung 180 stellt sicher, daß das Druckgas nicht in die mit Gewinde versehene Bohrung nach unten entweichen kann. Die Bohrung 176 führt zu einer durchmesserkleinen Bohrung 182, die einen Anschluß 184 des Rohrs 166 aufnimmt. Die Bohrung 176 steht in Verbindung mit einer Querbohrung 184, die bei 186 abgeschlossen ist, und die ihrerseits in Verbindung mit einer axial verlaufenden Bohrung 188 steht. Die axial verlaufende Bohrung 188 nimmt über einen Nippel und eine Rohrleitung 189 aus rostfreiem Stahl Druckmittel bzw. Druckfluid auf, wobei sich die Rohrleitung 189 zu der Versorgungsleitung 139 (Figur 1) erstreckt. Der Verbindungsblock 178 hat drei konische Bohrungen 190.(von denen nur eine gezeigt ist),die jeweils einen Endabschnitt eines Bolzens bzw. einer Schraube 192 aufnehmen (von denen nur einer gezeigt ist). Schließ-1 see. The upper sealing stop element 118 is secured by means of a locking nut 172, since it cannot be held in place by a support for assembly reasons. The upper sealing stop element 118 is provided with an internal thread, different from the corresponding lower element, and cooperates with a complementary thread on the upper rod 162. The upper end surface 174 of the upper rod is spaced from the bottom of a threaded bore 176 of a connection block 178 and a seal 180 ensures that the pressurized gas cannot escape downwardly into the threaded bore. The bore 176 leads to a small-diameter bore 182 which receives a connection 184 of the tube 166. The bore 176 is in communication with a transverse bore 184, which is closed at 186, and which in turn is in communication with an axially extending bore 188 . The axially extending bore 188 receives pressure medium or pressure fluid via a nipple and a pipeline 189 made of stainless steel, the pipeline 189 extending to the supply line 139 (FIG. 1). The connecting block 178 has three conical bores 190 (only one of which is shown), each of which receives an end portion of a bolt or screw 192 (only one of which is shown). Closing
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lieh hat der Verbindungsblock eine Bohrung 194 mit einem Konusgewinde, die einen Nippel 196 an einem Ende einer Druckmittelversorgungsleitung 198 aufnimmt.The connection block has a borehole 194 with borrowed a conical thread which receives a nipple 196 at one end of a pressure medium supply line 198.
Schließlich hat das Werkzeug noch ein oberes Rohr 200, das auf dem Block 178 angebracht ist und an diesem mit Hilfe von Schrauben 192 befestigt ist. An dem von dem Block 178 abgelegenen Ende trägt das Rohr 200 einen Stopfen 202/ der öffnungen für den Durchgang der Schrauben und eine mittige konische Bohrung 204 hat, die eine Hubeinrichtung 206 aufnimmt, die sowohl zum Heben als auch zum Senken des Werkzeugs und zum Bergen verwendet werden kann, falls das Werkzeug in die Verrohrung nach unten gefallen ist.Finally, the tool also has an upper tube 200 mounted on and on block 178 is fastened with the aid of screws 192. At the end remote from the block 178, the tube 200 carries a plug 202 / the openings for the passage of the Has screws and a central conical bore 204 which receives a lifting device 206, which both for Can be used to raise as well as lower the tool and recover if the tool is in the tubing fell down.
Das so beschriebene Werkzeug ist derart beschaffen und ausgelegt, daß es in einer Verrohrung mit 4 1/2" Nenndurchmesser verwendet werden kann. Durch das Vorsehen einer Reihe von Hülsen und größeren Hauptdichtungen sowie eines in gebrochenen Linien dargestellten Nasenrings kann das Werkzeug mit derselben Grundausführungsform für Nenngrößen bei Verrohrungen von bis zu 5 1/2" im Durchmesser verwendet werden.The tool so described is made and designed such that it can be installed in 4 1/2 "nominal diameter tubing can be used. By providing a number of sleeves and larger main seals and a nose ring shown in broken lines, the tool can have the same basic design Can be used for nominal sizes on tubing up to 5 1/2 "in diameter.
Wie bereits zuvor beschrieben worden ist, basiert das Verfahren auf der Ermittlung eines Prüffluids durch Massenspektrometrie und theoretisch kann jeder beliebige Massenspektrometer die erforderliche Ermittlung leicht und genau ermöglichen/ wenn dieser für das spezielle Gas empfindlich ist, das als aktive Komponente des Prüffluids verwendet wird. Für Laborzwecke bestimmte Bauarten von Massenspektrometern ergeben ausgezeichnete Ergebnisse, können aber den schwierigen Bedingungen bei öl- und Gasbohrgestellen nicht standhalten, so daß einAs previously described, this is based Any method based on the determination of a test fluid by mass spectrometry and theoretically can be used Mass spectrometers enable the required determination easily and precisely / if this is for the specific Gas that is used as the active component of the test fluid is sensitive. Intended for laboratory use Types of mass spectrometers give excellent results, but can withstand the difficult conditions Oil and gas rigs cannot withstand, so a
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Spektrometer zweckmäßigerweise verwendet wird/ das speziell für diesen Anwendungszweck weiterentwickelt worden ist.Spectrometer is expediently used / which is specially developed for this purpose has been.
Die Leckgasschleuse oder der Sammler 109 kann so beschaffen sein, daß er verschiedene Verrohrungsverbindungen aufnehmen kann und die Figuren 5A und 5B zeigen nur zv/ei Formen einer solchen Leckgasschleuse. In Figur 5A ist die Verrohrung 90 mittels einer Kopplungsverbindung 92 verbunden und die Leckgasschleuse umfaßt zwei halbkreisförmige Teile 201, 203, die um eine vertikale Achse (nicht gezeigt) gelenkig miteinander verbunden sind. Wenn diese beiden halbkreisförmigen Teile 201, 20 3 um eine Verbindungsstelle angeordnet sind, werden die beiden Teile mit Hilfe von geeigneten Befestigungseinrichtungen (nicht gezeigt) der Gelenkachse diametral gegenüberliegend zusammengehalten. Jedes Teil hat ein Paar 205, 207 von halbkreisförmigen O-Ring-Dichtungen, wobei jedes Paar zur Abdichtung eines Raums dient, der ein Prüffluid im Falle eines Lecks aufnimmt, öffnungen 211 sind zwischen den Räumen 209 vorgesehen, um ein Entweichen von Leckgas aus dem unteren Raum zur Umgebung hin zu ermöglichen, das sonst zu dem oberen Raum 209 oder umgekehrt gelangen könnte. Die Auslegung der Innenfläche jedes Teils 201 , 203, die zwischen den Dichtungen 205, 207 liegt, ist wie bei 210 angedeutet, winkelig, so daß die Gasschleuse auf der Anordnung auf den oberen und unteren Rändern der Kopplungsverbindung 92 automatisch plaziert wird. Irgendein austretender Strom des Prüffluids in einen der Räume 209 geht durch Durchgänge 213 zu den Verbindungseinrichtungen 215 (die vorzugsweise Schnellschluß-Verbindungseinrichtungen sind, d.h. solche Verbindungseinrichtungen, die schnell angebracht und gelöst werden können). Alternativ können dieThe leakage gas lock or collector 109 can be designed to provide various tubing connections can accommodate and Figures 5A and 5B show only two forms of such a leakage gas lock. In figure 5A, the tubing 90 is connected by means of a coupling connection 92 and includes the leakage gas lock two semicircular parts 201, 203, which around a vertical Axis (not shown) are articulated together. When these two semicircular parts 201, 20 3 are arranged around a connection point, the two parts are fastened with the aid of suitable fastening devices (not shown) held together diametrically opposite the hinge axis. Every part has a pair 205, 207 of semicircular O-ring seals, each pair for sealing a space serves, which absorbs a test fluid in the event of a leak, Openings 211 are provided between the spaces 209 to allow leakage gas to escape from the lower space To enable environment that could otherwise get to the upper room 209 or vice versa. The interpretation the inner surface of each part 201, 203 which lies between the seals 205, 207 is as indicated at 210, angled so that the gas lock on the assembly is on the upper and lower edges of the coupling joint 92 is automatically placed. Any leaking stream of test fluid into any of the spaces 209 will pass Passages 213 to the connection devices 215 (which are preferably quick-action connection devices, i.e. those connecting devices that can be quickly attached and detached). Alternatively, the
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Verbindungseinrichtungen 215 mit einer Hauptleitung 217 verbunden werden, die ihrerseits eine Verbindung mit einer Sonde 220 eines Massenspektrometers über eine weitere Verbindungseinrichtung 219 herstellt. Mit einer solchen Einrichtung kann man primär eine Leckstelle an einer Verbindung ermitteln und es ist eine sekundäre Ermittlung möglich, um den speziellen Leckweg zu bestimmen.Connecting devices 215 are connected to a main line 217 , which in turn establishes a connection to a probe 220 of a mass spectrometer via a further connecting device 219. With such a device one can primarily determine a leak point at a connection and a secondary determination is possible in order to determine the specific leak path.
Die Gasschleuse nach Figur 5B ist dazu bestimmt, mit einer Verbindungsart verwendet zu werden, die ohne eine Kopplungsstück auskommt und eine direkte Schraubverbindung der Rohre selbst miteinander vorsieht. Die Gasschleuse weist zwei halbkreisförmige Teile 221 , und zwei halbkreisförmige Dichtungen 225, 227 auf. Ein einziger Sammelraum 229 ist mit einer Auslaßverbindungseinrichtung 231 und somit mit einer Sonde 233 eines Massenspektrometers verbunden.The gas lock according to Figure 5B is intended to be used with a type of connection that without a coupling piece and a direct screw connection the pipes themselves provide with each other. The gas lock has two semicircular parts 221, and two semicircular seals 225, 227. A single plenum 229 is provided with an outlet connector 231 and thus connected to a probe 233 of a mass spectrometer.
Bei beiden Gasschleusen sind auch Dichtungen (nicht gezeigt) vorgesehen, die sich längs den Längsrändern jedes Teils der Schleuse erstrecken und diese Dichtungen dienen zur Begrenzung von Leckstellen an diesen Rändern. Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die Innenräume der Gasschleusen so klein sind, daß sichergestellt ist, daß irgendein austretender Strom an Prüffluid schnell zu dem Massenspektrometer durchgeht, die aber nicht so klein bemessen sind, daß sie durch Fremdstoffe oder irgendwelche Dichtmittel zur Verstopfung neigen.In both gas locks, seals (not shown) are also provided, which extend along the longitudinal edges each part of the sluice and these seals serve to limit leaks therefrom Margins. It should also be pointed out that the interiors of the gas locks are so small that they can be secured is that any leaking stream of test fluid quickly goes through to the mass spectrometer, but the are not so small that they can be clogged by foreign matter or any sealant tend.
Wenn die Rohrkupplungen 92 in der dargestellten Form ausgelegt sind, wird die anfängliche Lage der Gasschleuse durch die geriffelten Innenfläche 211 bestimmt.When the pipe couplings 92 are designed in the form shown, the initial position of the gas lock becomes determined by the corrugated inner surface 211.
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Falls das Sperrwerkzeug 100 nach Durchführung einer Prüfung nicht mehr leicht gehoben werden kann/ könnte das Aufbringen einer sehr hohen Zugkraft auf das Tragseil zur Beschädigung des Werkzeugs oder der Verrohrung führen und deshalb wird das Seil zweckmäßigerweise an dem Werkzeug so verankert, daß die Verankerung vom Kabel beispielsweise bei 2265 kg (5000 Ib) freikommt. Eine solche gegen überlastung von selbst gesicherte Verankerung ist an sich bekannt und braucht an dieser Stelle nicht näher beschrieben zu werden. Die Verankerung hat die Form eines hohlen Elements mit einer öffnung, die an einem Ende groß genug ist, um das Seil aufzunehmen und die nach dem Einführen in der Verankerung ausgebreitet wird und die über das andere offene Ende mit Blei ausgegossen wird.If the locking tool 100 can no longer be easily lifted after a test has been carried out the application of a very high tensile force to the suspension cable to damage the tool or the piping lead and therefore the rope is expediently anchored to the tool so that the anchorage from Cable, for example, comes free at 2265 kg (5000 Ib). Such a self-assured against overload Anchoring is known per se and does not need to be described in more detail at this point. The anchorage is in the form of a hollow element with an opening large enough at one end to receive the rope and which is spread out in the anchorage after insertion and which via the other open end with Lead is poured out.
Die Vorteile des zuvor detailliert beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung werden nachstehend zusammengefaßt. Die Verwendung eines Gases im Gegensatz zu einer Flüssigkeit als Prüffluid hat die Vorteile, daß das Gas eine wesentlich geringere Viskosität und nahezu keine Oberflächenspannungskräfte hat. Hieraus folgt, daß das Gas zu Prüfzwecken besser als eine Flüssigkeit geeignet ist. Ferner besitzt ein Gas auch weniger die Neigung zeitweise einen möglichen Leckweg zu versperren, in dem ein Dichtungsteil in einem Gewindegang verschoben wird. Ein Gas ist auch insbesondere als Prüffluid zweckmäßig/ wenn ein Gasbohrgestänge zu prüfen ist, da hierbei die Arbeitsbedingungen simuliert werden.The advantages of the method and apparatus described in detail above are summarized below. The use of a gas as opposed to a liquid as the test fluid has the advantages that the gas has a much lower viscosity and almost no surface tension forces. It follows from this that the gas is better suited than a liquid for testing purposes. Furthermore, one gas also has less that The tendency to temporarily block a possible leakage path by shifting a sealing part in a thread will. A gas is also particularly useful as a test fluid / if a gas drill pipe is to be tested, because this is the case the working conditions are simulated.
Helium wird bevorzugt als aktive Komponente des Prüffluids verwendet, da es kleine Moleküle hat/ leicht ist und deshalb leicht nach jeder Prüfung entweicht·.Helium is preferred as the active component of the test fluid used because it has small molecules / is light and therefore easily escapes after each test ·.
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Ferner ist Helium inert und nicht toxisch, billiger als andere mögliche verwendbare Prüfgase und leicht verfügbar. Durch das geringe Gewicht von Helium wird auch der Durchgang durch einen Leckweg unterstützt. Ferner können Ermittlungseinrichtungen entwickelt und erstellt werden, die speziell für Helium bestimmt sind, während eine solche genaue Ermittlung bei anderen als Spurenelemente verwendeten Gasen schwierig ist. Die Größe des Moleküls ermöglicht, daß Leckstellen ermittelt werden können, wenn es in reiner Form verwendet wird, die mit anderen als Spurenelemente verwendeten Gasen nicht erfaßt werden könnten.Furthermore, helium is inert and non-toxic, cheaper than other possible test gases that can be used, and light available. The low weight of helium also aids passage through a leakage path. Furthermore, detection devices can be developed and created that are specifically intended for helium while such an accurate determination is difficult for gases other than trace elements is. The size of the molecule allows that leaks can be detected when it is in pure Form is used that could not be detected with gases other than trace elements.
Das Verfahren nach der Erfindung simuliert in verallgemeinerter Form tatsächliche Bedingungen in einem Bohrgestänge und die Menge an unter Hochdruck stehendem Prüffluid und die Menge an Druckmittel zur Betätigung des Werkzeugs sind klein, so daß Gefahren eingeschränkt sind, falls ein Rohr brechen sollte. Das kleine Volumen des Prüffluids vermindert auch die Zeit, die zur Ausführung einer Prüfung benötigt wird. Das Sperroder Absperrwerkzeug läßt sich bequem handhaben, hat eine Länge von etwas über 1 m (etwa 4 feet) und es ist nicht erforderlich, daß die an einer Verbindung durch das Werkzeug hergestellten Dichtungen absolut fluiddicht sein müssen. Eine sehr empfindliche Ermittlung, beispielsweise eine Leckrate von 0,028 m3 (1 standard cubic foot) in 10 Jahren ist erreichbar. Das Verfahren ist frei von Einflüssen durch Temperaturänderungen.The method according to the invention simulates, in generalized form, actual conditions in a drill pipe and the amount of test fluid under high pressure and the amount of pressure medium for actuating the tool are small, so that hazards are limited if a pipe should break. The small volume of test fluid also reduces the time it takes to run a test. The locking or shut-off tool is convenient to use, is a little over 1 m (about 4 feet) in length, and it is not necessary that the seals made on a joint by the tool be absolutely fluid-tight. A very sensitive determination, for example a leak rate of 0.028 m 3 (1 standard cubic foot) in 10 years, can be achieved. The process is free from the effects of temperature changes.
Das Werkzeug kann in bestimmten Grenzen für Verrohrungen mit sich ändernden Größen verwendet werden und es kann durch einfache Anpassung auch für Verrohrungen mitThe tool can, within certain limits, be used for piping with changing sizes and it can also be used for pipework with
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grundlegend verschiedenen Abmessungen verwendet werden.fundamentally different dimensions can be used.
Insgesamt ermöglichen das Verfahren und das Werkzeug eine umfassende Sicherheit, obgleich eine Genauigkeit und Empfindlichkeit vorhanden ist, die bisher nicht erreichbar waren.Overall, the method and the tool enable comprehensive safety, albeit accuracy and sensitivity is present that has not been seen before were attainable.
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Claims (13)
Werkzeug ,(100) plaziert, das im Abstand liegende Dichtungen (102) hatf so daß die Dichtungen auf jeder Seite der Verbindung oder des zu prüfenden Rohrabschnitts zu liegen kommen,(a) in the piping to be tested (90) becomes a
Tool (100) placed, which has spaced seals (102) f so that the seals come to rest on each side of the joint or the pipe section to be tested,
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